第十九章细胞凋亡与疾病

1、授课时间总学时本人授课学时讲课学时考试课/考查课实验学时教学地点年 月 日授课年级专业 级班 课程名称 病理生理学教研室病理学与病理生理学教师室主任审核签字教学内容：教材名称（版次）病理生理学（第8版）金惠铭主编.人民卫生出版社）起止章节页码 第十一章 细胞增殖和凋亡异常与疾病141-151页讲授题目细胞增殖和凋亡异常与疾病计划学时2学时教学要求：1、细胞凋亡的定义2、细胞凋亡的调控3、细胞凋亡的发生机制熟悉内容1、凋亡时细胞的变化2、细胞凋亡的过程3、细胞凋亡与疾病了解内容细胞凋亡在疾病防治中的意义教学要点：重点、难点、疑点1、细胞凋亡的定义2、细胞凋亡的调控3、细胞凋亡的发生机制4、细胞凋

2、亡与疾病的相关概念（步骤）1、细胞凋亡的概念2、凋亡时细胞的主要变化第二节细胞凋亡的过程与调控20'1、细胞凋亡的过程2、细胞凋亡的调控第三节细胞凋亡的发生机制 20'1、氧化损伤在细胞凋亡中的作用2、钙稳态失衡在细胞凋亡中的作用3、线粒体损伤在细胞凋亡中的作用第四节 细胞凋亡与疾病20'1、细胞凋亡不足2、细胞凋亡过渡第五节细胞凋亡在疾病防治中的意义5'教学方法大课讲授采用传统讲课模式，启发式教学参考资料1、病理生理学卫生部规划教材第 8版（王建枝主编）2、病理生理学全国高等学校医学规划教材（肖献忠主编）3、pathophysiology全国高等学校教材（王建

3、枝主编）作 业 1、试述细胞凋亡与细胞的坏死的概念、差别及生理意义2、试述细胞凋亡过程中细胞的主要形态学和生物化学变化细胞增殖和凋亡异常与疾病第一节概述细胞死亡一般分为细胞坏死和细胞凋亡两种形式。细胞坏死是 由于比较强烈的有害刺激或细胞内环境的严重紊乱导致细胞急剧 死亡。细胞凋亡则是由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导 致细胞死亡的过程，又称程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD）。凋亡时细胞的主要变化：（1）细胞凋亡的形态学改变：（2 ）细胞凋亡的生化改变：细胞凋亡有重要的生理和病理意义，凋亡作为生理过程，它具 有以下三项作用：确保正常发育、生长； 维持内环境

4、稳定： 发 挥积极的防御功能。第二节细胞凋亡的过程与调控一、细胞凋亡的过程（一）凋亡信号转导细胞内外的凋亡诱导因素通过各种受体作用于细胞后，细胞产 生一系列复杂的生化反应，形成与细胞凋亡有关的第二信使物质， 然后通过胞内的信号转导途径激活后续凋亡程序。（二）凋亡基因激活调控凋亡的基因接收由信号转导途径传来的死亡信号后按预 定程序启动，并合成为执行凋亡所需的各种酶类及相关物质。（三）细胞凋亡的执行已决定死亡的细胞迅即进入死亡执行 （execution of death ）阶段， 凋亡主要的执行者是核酸内切酶 （en doge nous nuclease,DNase）和凋 亡蛋白酶（Caspase

5、s。（四）凋亡细胞的清除已经凋亡的细胞可被邻近的吞噬细胞或其他细胞所吞噬，分 解。二、细胞凋亡的调控（一）细胞凋亡相关因素1诱导性因素常见诱导因素有：（1）激素和生长因子失衡：（2）理化因素：（3）免疫性因素：（4）微生物学因素：2抑制性因素一些细胞因子（IL-2，神经生长因子等）具有抑制凋亡的作用，当其从细胞培养基中去除后，依赖它们的细胞会 发生凋亡。某些激素（ACTH、睾丸酮、雌激素等）对于防止靶细 胞凋亡，维持其正常存活是必需的。(二)细胞凋亡信号的转导大多数情况下来自于细胞外的细胞凋亡诱导因素作用于细胞 后可转化为细胞凋亡信号，并通过胞内不冋的信号转导途径，最终 激活细胞死亡程序，导致

6、细胞凋亡。因此，凋亡信号转导系统是连 接凋亡诱导因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。这个系统的特点是：多样性。偶联性。同一性。多 途性。已知凋亡相关的信号通路有：死亡因子及其受体介导的信号转导。经第二信使神经酰胺诱发的凋亡。通过P53基因触发凋亡的信号转导。由线粒体损伤启动的细胞凋亡。(三)凋亡相关基因目前，细胞凋亡相关基因多达数十种，根据功能的不冋可将其 分为三类：抑制凋亡基因，例如：EIB、IAP、Bcl-2，其中对Bcl-2的研究最为详细而系统。促进凋亡基因，例如：Fas、Bax、ICE、P53等。双向调控基因，例如c-myc、Bclx。1. Bcl-2Bcl-2 是

7、B 细胞淋巴瘤/白血病-2 ( B celllymphoma/leukemia-2,Bcl-2 )基因的缩与形式，它是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因。目前认为：Bcl-2抗凋亡的主要机制是：直接的抗氧化；抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如：细胞色 素C,凋亡诱导因子(AIF );抑制促凋亡凋节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用；抑制凋亡蛋白酶 (caspaseS的激活；维持细胞钙 稳态。2. Fas Fas是一种细胞表面受体，是一种跨膜蛋白，目前的研究表明，天然表达或转染表达的Fas基因对细胞凋亡有促进作用，Fas抗体能诱导细胞发生凋亡是因为Fas抗原作为细胞表面受体，其天然配基可能就是某种信号，

8、通过信号转导，最终诱发凋亡，而Fas抗体正是模拟了配基的这种作用，另外Fas抗原也许是某种生长因子受体，而 Fas抗体与之结合能阻断生长因子的作用，因而发 生凋亡。3.P53 野生型P53基因具有诱导细胞凋亡的功能， 当该基因发 生突变后反而可抑制细胞凋亡。 野生型P53基因编码的P53蛋白是 一种 DNA结合蛋白，该蛋白在细胞周期的G!期发挥检查点(checkpoint)的功能，负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷的 DNA，它就刺激 CIP (CdK-interacting protein-1,cdk 是 cyclin dependent kinase的缩写)的表达，阻止细胞进入

9、细胞周期， 并启动DNA修复机制；如果修复失败，P53则启动细胞凋亡机制。那些遗传信息出错，有可能演变为恶性肿瘤的细胞，常常通过这种 机制被消火在明牙之中，因此，P53有分子警祭(molecularpolicema n )的美誉。4.c-myc , Bcl-xc-myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。c-myc蛋白作为重要的转录调节因子，既可激活介导细胞增殖的基因，也可激活介导细胞凋 亡的基因，在此情况下细胞何去何从，取决于细胞接受何种信号以 及细胞所处的生长环境。例如：在c-myc基因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用细胞就发生凋亡；反之，细胞就处于增

10、殖状 态。Bclx基因可翻译出两种蛋白 Bcl-XL和Bcl-Xs，前者抑制细胞 凋亡，后者促进细胞凋亡。Bcl-X激活后是否产生细胞凋亡则与这两种蛋白合成以谁为主有关。第二节细胞凋亡的发生机制细胞凋亡发生机制尚未充分阐明，有以下可能：(一)氧化损伤在细胞凋亡中的作用氧自由基化学性质活泼，破坏机体正常的氧化/还原的动态平衡，造成生物大分子(核酸、蛋白质、脂质)的氧化损伤，干扰正 常的生命活动，形成严重的氧化应激(oxidative stress)状态，机体氧化损伤的后果之一就是诱导细胞凋亡。例如：各种氧化剂(如： 过氧化氢)可直接诱导细胞凋亡，抑制超氧化物岐化酶(SOD )的活性也可诱导细胞凋

11、亡，而使用抗氧化剂(如：VitE、胡萝卜素等)可以阻断具备氧化应激背景的各种凋亡诱导因素如肿瘤坏死因子(TNFa)、电离辐射等所引起的细胞凋亡。氧化应激引起细胞凋亡的可能机制是：(1) 氧自由基引起的 DNA损伤可激活p53基因引起细胞凋亡。(2) 氧自由基引起的 DNA损伤可活化聚 ADP核糖转移酶，引起 NAD快速耗竭，ATP大量消耗，引发细胞凋亡。(3) 氧自由基攻击细胞膜上的不饱和脂肪酸，引起脂质过氧化直接造成细胞膜的损伤可诱导细胞凋亡。氧化应激可激活 Ca2+/Mg 2+依赖的核酸内切酶，也可产生膜 的发泡现象。(5) 氧化应激引起细胞膜结构的破坏，可改变细胞膜的通透性使Ca2+内流

12、增加，诱导细胞凋亡。自由基对线粒体膜的损害导致其通 透性和膜电位的变化也可诱导细胞凋亡。(6) 氧化应激可活化核转录因子NF- kB和AP-1，可加速细胞凋亡相关的一些基因的表达，诱发细胞凋亡。但目前也有实验证明，在活性氧显者减少的低氧环境下某些类 型的细胞凋亡仍可发生，这表明氧化应激不是细胞凋亡的惟一机 制。(二)钙稳态失衡在细胞凋亡中的作用细胞钙稳态失衡也是细胞凋亡的重要机制之一。例如：各种凋 亡刺激，如 TNFa，抗CD3抗体等所引起细胞凋亡是钙依赖过程。 凋亡发生时胞浆Ca2+浓度显著上升，并在随后发生的一系列凋亡改 变中起关键性作用。 诸多的凋亡变化如：Ca2+/Mg 2+依赖的核酸

13、内切酶的激活、需钙蛋白酶、磷脂酶、谷氨酰氨转移酶等的激活，凋亡 细胞膜的空泡化等均与钙稳态失衡有关。钙稳态失衡参与了多种凋 亡相关疾病的发病，如神经退化性疾病。钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制：(1) 激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解 DNA链；(2) 激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转移，在肽 链间形成共价键，使细胞骨架蛋白分子间发生广泛交联，有利于凋 亡小体形成；(3) 激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；Ca2 ATP的配合下使DNA链舒展，暴露出核小体之间的 连接区内的酶切位点，有利DNA内切酶切割DNA。(三)线粒体损伤在细胞凋亡中的作用在细胞凋亡期间尽

14、管线粒体仍能维持其超微结构的基本正常， 但事实上其功能已发生显著改变，如：线粒体内膜通透性增大，线 粒体内膜的跨膜电位下降，能量合成水平显著降低等，目前证据显 示：抑制线粒体的三羧酸循环或呼吸链功能即可引起细胞凋亡；在 细胞核出现凋亡性改变之前，常常先有线粒体跨膜电位的降低。体 内、外实验证明，阻止线粒体的通透性改变可以防止细胞凋亡。线粒体膜功能和结构上的完整性破坏引起细胞凋亡的可能机 制是：线粒体内、外膜之间的通透性转换孔具有调节线粒体膜通透 性的作用。正常情况下，绝大多数PTP处于关闭状态。当线粒体跨膜电位在各种凋亡诱导因素作用下降低时PTP开放，导致线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡启动因子

15、从线粒体内释放出来，可激活caspase-Q、核酸内切酶，并增强caspase-3的水解活性。研究证实阻止线粒体膜通透性的改变可防止细胞凋亡。氧化损伤、钙稳态失衡、线粒体损伤三者在细胞凋亡的发生上 既可单独启动，又可联合作用，是许多凋亡诱导因素的共冋通路， 事实上这三种机制常常是互相联系，互为因果，故近来有学者把它 们合而为一。提出了细胞凋亡的恶性网络假说以求更全面的解释细 胞凋亡发生的机制。第四节细胞凋亡与疾病细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重要手段，细胞凋亡 失调(凋亡不足或/和凋亡过度)可成为某些疾病的重要发病机制。(一)细胞凋亡不足这类疾病无论细胞增殖的状态如何，其共冋特点是细胞凋

16、亡相 对不足，细胞生死相抵之后仍然是生大于死，导致细胞群体的稳态 被破坏，于是病变细胞异常增多或病变组织体积增大，器官功能异 常。1.肿瘤 目前认为细胞增殖过度是肿瘤发病的一个途径，凋亡受 抑、细胞死亡不足是肿瘤发病的另一途径，结果导致病变组织内肿 瘤细胞存活延长，使细胞群体内存活与死亡的平衡被破坏，存活大于死亡，肿瘤细胞数目的净增长加大。研究发现多种肿瘤组织中 Bcl-2基因的表达显著高于周围正常组织，提示这些肿瘤与细胞凋 亡减弱有关。野生型 p53基因是目前最受关注的抑癌基因，它主要 通过诱导肿瘤细胞凋亡而发挥抑癌作用。当p53基因突变或缺失时，细胞凋亡减弱，机体肿瘤的发生率明显增加。例如

17、：研究发现在非 小细胞肺癌p53基因的突变率为 50%以上，在小细胞肺癌甚至高达 80%2自身免疫病自身免疫病最主要的特征是自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击，造成器官组织损伤。正常情况下， 免疫系统在发育过程中已将针对自身抗原的免疫细胞有效清除，其 主要方式就是细胞凋亡。因此，从细胞凋亡角度看自身免疫病的发 病是由于细胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T细胞所致。到目前为止，糖皮质激素仍是治疗自身免疫性疾病的有效药物之一， 其主要机制就是诱导那些异常存活的自身免疫性T细胞凋亡。（二）细胞凋亡过度1心血管疾病近年来，对细胞凋亡在心血管疾病发病中作用的研究已更新了人们对许多心血管疾病的认

18、识。心肌缺血与缺血-再灌注损伤：既往认为心肌缺血或缺血-再灌注损伤造成的心肌细胞死亡形式是坏死。目前研究表明，该种心 肌细胞损伤不但有坏死，也有凋亡。心肌细胞一旦坏死，目前人们 尚无办法干预，但细胞凋亡是受一系列程序控制的过程，人们有可 能通过干预死亡程序加以挽救。因此，研究细胞凋亡，给心肌缺血 或缺血-再灌注损伤的防治开辟了一条新的途径。心力衰竭：近年来有关细胞凋亡与心力衰竭关系的研究已 表明，心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量减少可能是心力衰竭发生、 发展的原因之一。在心力衰竭发生、发展过程中出现的许多病理因 素如：氧化应激、压力或容量负何过重、神经-内分泌失调（细胞凋亡水平升高）、细胞因子（如TNF ）、缺血、缺氧等都可诱导心肌细 胞凋亡。即心力衰竭发生时不但有心肌细胞功能异常，